KR19990043443A - 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 M×N(M, N은 자연수) 개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각을 개별적으로 구동하기 구동 회로로 이루어진 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로서, M×N(M, N은 자연수) 개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각을 개별적으로 구동하기 구동 회로로 이루어진 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상기 액츄에이터를 구동 전의 초기 상태로 복원시키기 위한 다수의 분할된 복원 신호; 외부로부터 인가되는 화상 데이터에 대응되게 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 화상 신호; 다음 복원 신호가 인가될 때가지 대기하는 대기 신호를 포함하여 이루어지는 구동 신호에 의해 상기 액츄에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 제공하므로써, 변형층의 물성 저하 및 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 구동 회로

본 발명은 박막형 광로 조절 장치(Actuated Mirror Arrays; AMA)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형 광로 조절 장치의 초기 틸팅각(Initial Tilting Angle) 복원시 변형층에 가해지는 전기적 스트레스를 완화하도록 구성한 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로이다.

AMA란, 투사형 화상 표시 장치의 일종으로서, M×N(M, N은 자연수) 개의 각 픽셀별로 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 소정 화상을 표시하는 장치를 말하며, 이와 같은 AMA는 직시형 화상 표시 장치를 대표하는 CRT에 비해 저전압에서 동작하고, 소비 전력이 작으며, 변형 없는 화상을 제공할 수 있을 뿐만아니라, 같은 투사형 화상 표시 장치의 일종인 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Deformable Mirror Device)에 비해 광효율이 높은 장점을 지니고 있어, 현재 그 개발이 활발히 진행중이다.

상술한 AMA는 도 1에 도시된 바와 같은 단면을 가지는 단위 픽셀들이 M×N 구조를 이루어 도 2에 도시된 바와 같은 AMA 모듈(350)을 구성하고, 이와 같이 구성된 AMA 모듈(350)은 도 2에 도시된 바와 같은 구동 회로에 의해 동작하게 되는바, 도 1 내지 도 6을 참조하여 종래의 기술에 따른 M×N 박막형 광로 조절 장치의 동작 과정에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도이고, 도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한 블록 구성도이며, 도 3은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀에 대응하는 구동 회로를 도시한 회로도이다. 또한, 도 4 및 도 6은 종래의 기술에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도이고, 도 5는 M×N 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터 구동 상태별 변형층 내 도메인(Domain) 배열을 도시한 예시도이다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, M×N 박막형 광로 조절 장치를 AMA 모듈이라 칭하고, M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 각각의 단위 픽셀을 AMA 픽셀이라 칭한다.

먼저, 외부로부터 동기 신호 및 화상 데이터가 시스템 제어부(310)에 인가되면, 시스템 제어부(320)는 외부로부터 인가된 화상 신호에 대응되게 AMA 모듈 내의 M×N AMA 픽셀을 구동하기 위하여, 공통 전극부(320), 게이트 구동부(330), 소스 구동부(340)를 구동 제어한다. 이때, 시스템 제어부(310)는 외부로부터 인가된 동기 신호에 의거하여 게이트 구동부(330)와 소스 구동부(340)로부터 각 AMA 픽셀에 구동 신호가 인가되는 타이밍을 포함하여 제어할 것이다.

시스템 제어부(330)의 구동 제어에 의해, 게이트 구동부(300)는 소스 구동부(340)에서 제공되는 구동 신호가 AMA 모듈을 구성하는 M×N 박막형 광로 조절 장치에 순차적으로 인가될 수 있도록 게이트 신호를 발생하고, 소스 구동부(330)는 외부로부터 인가된 화상 데이터에 대응하는 구동 신호를 발생한다. 이때, 소스 구동 부(330)에서 발생되는 구동 신호는 소정 레벨의 전압일 것이다.

또한, 공통 전극부(320)는 시스템 제어부(310)의 제어에 의해, AMA 픽셀의 상부 전극(240)에 접지 전압과 같은 공통 전압을 제공한다.

이후, 게이트 구동부(330)에서 발생된 게이트 신호가 도 3에 도시된 게이트 라인을 따라 AMA 픽셀의 게이트 전극(120)에 제공되면, 게이트 전극(120)은 턴온 되고, 그에 따라 스 구동부(340)에서 발생된 구동 신호는 드레인 전극(115)에 인가 된다.

한편, 드레인 전극(115)은 도전성 금속으로 이루어진 금속층(140)과 배전체(270)를 통해서 하부 전극(220)과 전기적 접속을 이루므로, 드레인 전극(115)에 인가된 구동 신호는 금속층(140)과 배전체(270)를 경유하여 하부 전극(220)에 인가된다.

이때, 상부 전극(240)에는 공통 전극부(320)에서 제공되는 공통 전압이 인가되고 있으므로, 하부 전극(220)에 인가된 구동 신호와 상부 전극(240)에 인가된 공통 전압간의 전위차가 발생하고, 따라서, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 구동 신호와 공통 전압간의 전위차에 대응하는 전계가 발생한다.

한편, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 형성되는 변형부(230)는 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전 세라믹 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃)등의 전왜 세라믹으로 형성되는 바, 이와 같은 물질은 전계에 비례하여 변형되는 특성을 지니고 있다.

따라서, 변형부(230)는 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이의 전위차에 의해 발생된 전계에 비례하게 변형되어, 액츄에이터(240) 전체를 인가된 전계에 비례하는 소정 각도로 경사지게 한다.

상술한 동작 과정에 의해, 액츄에이터(200)가 소정 각도로 경사진 상태에서, 광원으로부터 입사된 빛은 상부 전극(240)의 표면에서 경사각에 대응하는 소정 각도록 반사된다. 이때, 상부 전극(230)은 알루미늄(Al) 등의 광반사 효율이 좋은 도전체로 구성하여, 공통 전극 및 거울의 역할을 동시에 수행할 것이다.

상술한 과정에 의하여, AMA 모듈(350)을 구성하는 M×N 개의 AMA 픽셀 각각은 광원으로부터 입사된 빛을 소정 각도로 반사하므로써, 입력된 화상 데이터에 대응하는 소정 화상을 형성하게 된다.

한편, 종래 기술에 의해 소스 구동부(340)에서 발생하는 구동 신호는 도 4에 도시된 바와 같이, 1 프레임에 대응하는 33ms의 시간의 초기 66.7μs동안 외부로부터 인가되는 화상 데이타에 대응하는 전압 레벨을 가진 화상 신호(Video Signal)를 발생하였다.

이와 같은, 구동 신호가 인가되기 전의 초기 상태에서, 변형층(230) 내 도메인은 도 5a에 도시된 바와 같이 무질서한 배열을 이루고 있으며, 이때, 액츄에이터(200)는 구동 기판에 대하여 수평 상태(초기 틸팅각)에 위치한다.

액츄에이터(200)가 초기 틸팅각의 위치에 놓여있는 상태에서, 화상 신호가 인가되면, 변형층(230) 내의 도메인은 도 5b에 도시된 바와 같이 일방향을 향해 재배열되고, 변형층(230)은 수축 작용을 통해 액츄에이터(200)를 화상 신호에 대응하는 소정 각도로 틸팅시킨다.

그러나, 상술한 동작이 반복되면, 변형층(230) 내의 도메인은 도 5a와 같은 초기 상태를 유지하는 것이 아니라, 도 5c와 같이 잔여 방향성을 이루어 액추에이터를 초기 상태(초기 틸팅각)에서 소정 각도로 이격된 위치에 놓이게되므로, 블랙 레벨에서도 광을 반사하여 콘트라스트(Contrast) 저하의 원인이 된다.

따라서, 종래에 있어서는, 도 6에 도시된 바와 같이 화상 신호 직전에 복원 신호를 부가하여, 도 5c 상태에 있는 변형층( 230)내 도메인을 도 5a와 같은 초기 상태로 만들어준다. 즉, 복원 신호에 의해 액츄에이터(200)를 초기 상태(초기 틸팅각의 위치)로 위치시킨다. 이때, 복원 신호는 도 6에 도시된 바와 같이, 기준 레벨에 대하여 구동 신호와 반전된 소정의 신호 레벨 -Vrf를 갖는다.

그러나, 종래의 이와 같은 방법에서는, 원래의 화상 신호에 복원 신호가 증가된 만큼 변형층(230)가 받는 전기적 스트레스(Electrical Stress)가 커지므로, 변형층의 물성(저항, 유전율 등의)을 저하시킬 뿐만 아니라, 변형층(230)의 수명도 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터를 초기 틸팅각으로 복원시키기 위한 복원 신호를 인가하되, 보다 작은 다수의 복원 신호로 분할하여 인가하도록 구성한 박막형 광로 조절 장치의 초기 틸팅각 복원 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, M×N(M, N은 자연수) 개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각을 개별적으로 구동하기 구동 회로로 이루어진 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상기 액츄에이터를 구동 전의 초기 상태로 복원시키기 위한 다수의 분할된 복원 신호; 외부로부터 인가되는 화상 데이터에 대응되게 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 화상 신호; 다음 복원 신호가 인가될 때가지 대기하는 대기 신호를 포함하여 이루어지는 구동 신호에 의해 상기 액츄에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 제공한다.

도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도,

도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한 블록 구성도,

도 3은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀에 대응하는 구동 회로를 도시한 회로도,

도 4는 종래의 일 실시예에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도,

도 5는 M×N 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터 구동 상태별 변형층의 도메인 배열을 도시한 예시도,

도 6은 종래의 다른 실시예에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 신호를 도시한 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 구동 기판 110 : 반도체 기판

115 : 드레인 전극 120 : 소오스 전극

125 : 게이트 전극 130 : 필드 산화막

135 : 절연층 140 : 금속층

145 : 보호층 150 : 식각 방지층

160 : 에어 갭 200 : 액츄에이터

210 : 멤브레인 220 : 하부 전극

230 : 변형층 240 : 상부 전극

250 : 스트라이프 260 : 배전홀

270 : 배전체 310 : 시스템 제어부

320 : 공통 전극부 330 : 게이트 구동부

340 : 소스 구동부 350 : AMA 모듈

본 발명의 장점 및 기타 다른 목적과 장점은 첨부된 도 1, 내지 도 3 및 도 6을 참조한 하기의 설명에 의해 더욱 명확히 이해될 것이다.

도 1 내지 도 3은 상술한 바 있고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 신호를 도시한 파형도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 신호는 2분할된 복원 신호(Refresh Signal), 화상 신호(Video Signal), 대기 신호(Stand-by Signal)로 이루어지는 것을 알 수있다. 이때, 본 발명에 바람직한 실시예에서는 복원 신호를 2분할하여 인가하지만, 본 발명에 따른 기본 사상은 복원 신호의 신호 레벨을 줄이기 위해 복원 신호를 다수 개로 분할하여 인가하는 것이므로, 3분할, 4 분할,,,등 필요에 의해 복원 신호를 다수 개로 분할하여 인가할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명에 따른 복원 신호, 화상 신호, 대기 신호는 각각 소정 레벨을 가진 전압으로서, 복원 신호는 대기 신호를 기준으로 화상 신호와 반전된 극성을 갖는 것이 바람직할 것이다.

이하, 액츄에이터(200)에 구동 신호가 인가되는 과정에 대해서는 상술한 바 있으므로 생략하기로 하고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동 신호에 의해서 액츄에이터(200)가 구동하는 상태를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 이전 프레임데 대응하는 구동 신호의 화상 신호에 의하여 소정 각도 구동한 액츄에이터(200)는 대기 신호가 인가되는 동안 구동 이전의 초기 상태로 복귀한다. 이때, 상술한 바와 같은 종래 문제점에 의하여, 액츄에이터(200)는 초기 틸팅각을 유지하지 못하고 초기 틸팅각에서 소정 각도를 이루어 위치하게 될 것이다.

액츄에이터(200)가 초기 틸팅각과 소정 각도를 이루어 위치한 상태에서, 본 발명에 따른 제 1 복원 신호가 액츄에이터(200)의 하부 전극(220)에 인가되면, 상부 전극(240)에는 접지 전압과 같은 공통 전압이 인가되고 있으므로, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 소정의 전위차가 발생한다.

따라서, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 상기 전위차에 대응하는 소정 전계가 형성되고, 이와 같은 전계는 변형층(230)에 작용할 것이다. 이때, 복원 신호는 화상 신호와 반전된 신호이므로, 변형층(230)에 작용하는 그 전계 또한 반전된 극성을 가질 것이다.

액츄에이터(200)의 구동시와 반대의 극성을 가진 전계의 영향에 의해, 변형층(230) 내의 도메인(Domain)들은 액츄에이터(200)의 구동시와는 반대의 방향으로 재배열된다.

변형층(230) 내 도메인의 재배열에 의해, 변형층(230)은 액츄에이터(200)의 구동 방향과는 반대 방향으로 수축 작용을 일으킬 것이고, 액츄에이터(200)는 구동 방향과 반대 방향으로 틸팅된다.

이때, 본 발명에 따른 제 1 복원 신호는 액츄에이터(200)를 초기 틸팅각으로 복원할 정도의 신호 레벨보다 작은 신호 레벨로 분할된 것으로서, 그 신호 레벨이 작기 때문에 액츄에이터(200)를 초기 틸팅각에 도달시키지는 못하지만, 제 1 복원 신호의 신호 레벨에 대응되게 이격 각도를 감소시킬 것이다.

즉, 액츄에이터(200)는 제 1 분할 신호에 의해, 초기 상태(초기 틸팅각)에 가까워 질 것이다.

이후, 액츄에이터(200)의 하부 전극에 본 발명에 따른 제 2 복원 신호가 인가되면, 상술한 과정에 의해, 액츄에이터(200)는 제 2 복원 신호의 신호 레벨에 대응하는 만큼 이격 각도를 감소시키는 방향으로 틸팅하여, 액츄에이터(200)의 초기 상태에 도달하게 된다. 즉, 액츄에이터(200)는 초기 틸팅각을 유지하게 된다.

상술한 과정에서는, 복원 신호를 2분할하여 인가하기 때문에 제 1 분할 신호에 의하여 이격 각도가 대략 1/2정도가 감소하고, 다시 제 2 분할 신호에 의거하여 나머지 1/2정도의 이격 각도가 감소하여 액츄에이터(200)를 초기 틸팅각으로 복원시키지만, 복원 신호의 분할 개수에 따라, 이격 각도의 정도는 달라질 것이다. 이때, 복원 신호는 소정 이격 각도를 초기 틸팅각으로 복원 시킬 정도의 신호 레벨을 가지고, 분할된 복원 신호는 원래 복원 신호의 신호 레벨을 분할된 개수만큼 분할한 신호 레벨을 가질 것이다.

이후, 다수의 분할된 복원 신호에 의하여 초기 틸팅각을 유지하는 액츄에이터(200)에 화상 신호가 인가되면, 액츄에이터(200)는 화상 신호의 신호 레벨에 대응하는 소정 각도로 틸팅하게 될 것이다. 이때, 액츄에이터(200)의 하부 전극(220)에 인가되는 신호는, 분할된 개수 만큼 복원 신호의 신호 레벨이 감소하였으므로, 변형층(230)에 작용하는 전계의 변화폭도 복원 신호의 신호 레벨 감소 폭에 대응하여 줄어들게 된다.

한편, 변형층(230)내 도메인의 재배열에 의한 변형층(230)의 수축 작용에 의해, 액츄에이터(200)는 하부 전극(220)에 인가된 화상 신호에 대응하는 소정 각도로 구동하게 된다.

박막형 광로 조절 장치는 본 발명에 따른 구동 신호에 의해, 상술한 동작 과정을 반복하여 광원으로부터 입사되는 빛을 소정 각도록 반사시키므로써, 외부에서 인가되는 화상 데이터에 대응하는 소정 화상을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구동 신호를 사용하면, 변형층(230)의 물성 저하 및 수명 단축의 문제점 없이 효율적으로 컨트라스트 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. M×N(M, N은 자연수) 개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각을 개별적으로 구동하기 구동 회로로 이루어진 박막형 광로 조절 장치에 있어서,

   상기 액츄에이터를 구동 전의 초기 상태로 복원시키기 위한 다수의 분할된 복원 신호;

   외부로부터 인가되는 화상 데이터에 대응되게 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 화상 신호;

   다음 복원 신호가 인가될 때가지 대기하는 대기 신호를 포함하여 이루어지는 구동 신호에 의해 상기 액츄에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 신호는 한 프레임에 해당하는 구동 신호 단위로 상기 다수의 분할된 복원 신호, 화상 신호, 대기 신호를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로.